(57)【要約】【課題】  段差の大きなレジストパターンを製造する方法を提供する。【解決手段】    まず、石英やガラスで形成された基板（光学基材）１の上にポジ型のレジスト２を塗布する（ａ）。そして、グレースケールマスク３を用いてレジスト２を感光させる。このときの露光量は、レジスト２が発泡しない範囲の露光量とする（ｂ）。そして、レジスト２を現像する（ｃ）。次に、同じグレースケールマスク４を用意し、これを用いて、レジスト２を再び感光させる。このときの露光量も、レジスト２が発泡しない範囲の露光量とする（ｄ）。そして、再びレジスト２を現像する（ｅ）。このようにして、目的とする大きなＳＡＧ量を有する、レジスト２からなるマイクロレンズを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布されたポジ型のフォトレジストを露光パターンに露光して現像し、前記露光パターンに対応した凹凸形状を形成するレジストパターンの形成方法であって、露光パターンの露光と現像とを、複数回繰り返し行うことを特徴とするレジストパターンの製造方法。
【請求項２】
前記露光パターンがグレースケールマスクを使用して形成されたものであり、前記凹凸形状がマイクロレンズ形状であることを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする基板表面パターンの製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のレジストパターンの製造方法により製造された前記レジストパターンにより、型の転写面を形成することを特徴とする型の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする型の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の型の製造方法によって製造された型の転写面を、被成形物に転写する工程を有することを特徴とする被成形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターンの製造方法、基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズ製造方法の一つとして、フォトレジストを露光し、その露光パターンに対応するマイクロレンズを製造する方法が一般的に用いられるようになってきている。このような方法の一つとして、フォトレジストを２値化パターンで露光して現像し、円筒状の凸部を有するレジスト形状を形成し、熱リフローによりレジストの表面形状を球面状にする方法がある。しかし、この方法では、球面形状は作りやすいが非球面形状は作りにくい。
【０００３】
非球面レンズを製造するためには、グレースケールマスクを使用してフォトレジストを露光して現像し、グレースケールマスクのグレー度（光透過率）に応じた凹凸形状を有する非球面レンズを製造する方法が用いられる。しかしながら、グレースケールマスクのグレー度はある範囲内に限られている。グレー度が下限値未満となると、グレースケールマスクの開口率が小さくなって製作誤差が大きくなるという問題がある。又グレー度が上限値を超えると、隣の開口を通過した光との重なりが発生し、グレー度が不正確になるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、大きなＳＡＧ量で形状精度の高いマイクロレンズへの要求が高まってきている。そこで、グレースケールマスクの光量分布に対応して精度良く形状が形成できるという理由からポジ型レジストを使用している。しかしながら、グレースケールマスクを使用した場合、前述のようにグレー度の範囲が限定されているので、露光時に付けられるコントラストの比が限定されるという問題点がある。同じコントラスト比のグレースケールマスクでＳＡＧ量を大きくするためには、露光量を大きくするか、露光を複数回に分けて行えばよい。
【０００５】
しかしながら、露光量を大きくすると、ポジ型レジストのフォトレジスト内に含まれるＮ２が気化し、発泡するという問題点がある。図５はこの例を示す図である。図５は、ポジ型フォトレジストを８８μｍの厚さに塗布し、グレースケールマスクのグレー度をある範囲に設定して露光し、現像を行ってマイクロレンズを製造した場合のＳＡＧ量とトップの膜べり量と、露光量（露光時間）との関係を示したものである。レンズの頂上に対応する位置での膜べり量は、グレースケールマスクのグレー度が最低となるの部分に対応する部分が現像されて失われる量を示している。
【０００６】
図５を見ると、露光量（露光時間）が14000ｍｓを超えると発泡現象が発生する。よって、このグレースケールマスクとフォトレジストを使用した場合、製造可能なマイクロレンズの最大ＳＡＧ量は、約６０μｍに限定される。
【０００７】
このような発泡現象は、露光を複数回に分けて行った場合においても、総露光量が所定値を超えると発生する。これは、発泡現象がフォトレジストに蓄積されるエネルギーによって決定されるためであると考えられる。
【０００８】
以上は、グレースケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する例について説明したが、２値化パターンを有するマスクを用いてフォトレジストを露光する場合でも同じことが言える。すなわち、形成される凹凸パターンの段差を大きくするためには、露光量を大きくする必要があるが、前述のような発泡現象のため、露光量には制限があり、従って、フォトレジストに形成できる凹凸パターンの段差の大きさには限界がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、段差の大きなレジストパターンを製造する方法、及び、このレジストパターンを使用した基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板上に塗布されたポジ型のフォトレジストを露光パターンに露光して現像し、前記露光パターンに対応した凹凸形状を形成するレジストパターンの形成方法であって、露光パターンの露光と現像とを、複数回繰り返し行うことを特徴とするレジストパターンの製造方法である。
【００１１】
発明者は、露光パターンの露光と現像とを、複数回繰り返し行うことにより、総露光量として大きな露光量で露光しても、フォトレジストの発泡現象が発生しないことを見いだした。この理由は明らかではないが、ポジ型フォトレジストの場合、大きな露光量を受けた部分が現像により除去されるので、複数回の露光を行う場合でも、現像を行わないで複数回露光する場合に比べて、実際にフォトレジストに蓄積されるエネルギーが小さくなるためであると推定される。これにより、発泡現象を避けながら、段差の大きなレジスト凹凸形状を得ることができる。なお、露光パターン（例えばグレースケールマスクのグレー度のパターン）は、毎回の露光において同じである必要がないことは言うまでもない。
【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記露光パターンがグレースケールマスクを使用して形成されたものであり、前記凹凸形状がマイクロレンズ形状であることを特徴とするものである。
【００１３】
本手段によれば、大きなＳＡＧ量を有するマイクロレンズを精度良く製造することができ、特に非球面レンズの製造方法として有効である。
【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であるレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする基板表面パターンの製造方法である。
【００１５】
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状を有する基板表面パターンを製造することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のレジストパターンの製造方法により製造された前記レジストパターンにより、型の転写面を構成することを特徴とする型の製造方法である。
【００１７】
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状の転写面を有する型を製造することができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする型の製造方法である。
【００１９】
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状の転写面を有する型を製造することができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段又は第５の手段の型の製造方法によって製造された型の転写面を、被成形物に転写する工程を有することを特徴とする被成形物の製造方法である。
【００２１】
本発明によれば、表面に大きな段差の大きな凹凸形状被成形物を製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、形状精度が良く、段差の大きなレジストパターンを製造する方法、及び、このレジストパターンを使用した基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるマイクロレンズ（段差の大きなレジストパターン、このレジストパターンを使用した基板表面パターン）、マイクロレンズ用型、型母材の製造方法の概要を説明するための図である。
【００２４】
まず、石英やガラスで形成された基板（光学基材）１の上にポジ型のレジスト２を塗布する（ａ）。レジストとしてポジ型レジストを使用する理由は、前述のように、露光の際の光量の分布と現像後のレジスト形状の対応関係が、ポジ型レジストの方がネガ型レジストに対して良好であるからである。そして、グレースケールマスク３を用いてレジスト２を感光させる。このときの露光量は、レジスト２が発泡しない範囲の露光量とする（ｂ）。そして、レジスト２を現像する（ｃ）。次に、同じグレースケールマスク４を用意し、これを用いて、レジスト２を再び感光させる。このときの露光量も、レジスト２が発泡しない範囲の露光量とする（ｄ）。そして、再びレジスト２を現像する（ｅ）。このようにして、目的とする大きなＳＡＧ量を有する、レジスト２からなるマイクロレンズを形成する。なお、以上の説明において、レジスト２の露光と現像を２回に分けて行ったが、３回以上に分けて行うこともできる。
この状態で、レジスト２をマイクロレンズとして使用するか、マイクロレンズ用の型、又は母型として使用することもできる。
【００２５】
（ｅ）の状態で目標形状のレジスト２が得られた場合、さらに、このレジスト２と基板１とを同時にドライエッチングしてレジスト２を除去し、レジスト２のパターンを基板１に転写して、表面にマイクロレンズアレイの形状を有する基板１を得るようにすることができる（ｆ）。このとき、基板１とレジスト２のエッチングレートの違いにより、レジスト２のパターン形状と基板１の表面のパターン形状は等しくならないが、基板１の表面に目的とするパターン形状が得られるように、レジスト２のパターン形状を決定しておく。以上の工程により、基板１の表面にレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイが完成する。基板１をマイクロレンズとして使用せず、マイクロレンズ用の型、又は母型として使用してもよい。型、又は母型として使用する場合には、基板１は光学部材で製造する必要はない。
【００２６】
以上のようにして得られた（ｅ）の形状を有するもの、又は（ｆ）の形状を有するものを、マイクロレンズとして使用せず、マイクロレンズ用の型、又は母型材として使用する工程の例を図２に示す。図２に示す例においては、図１（ｆ）に示された、表面にマイクロレンズ形状が形成された基板１を型又は母型材として使用している。
【００２７】
図２において、このような型５の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂６を載置し、石英基板等からなる定盤７により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤７を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂６を硬化させる（ａ）。その上で、型５と定盤７から紫外線硬化型樹脂６を剥離すると、マイクロレンズ８が完成する（ｂ）。このようにして、一つの型５から、多数の樹脂製マイクロレンズを製造することができる。
【００２８】
型５を母型材として使用する場合には、硬化した紫外線硬化型樹脂６が型となる。石英等からなる定盤１１の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂１０を載置し、硬化した紫外線硬化型樹脂６からなる型９により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤１１を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂１０を硬化させる（ｃ）。その上で、型９と定盤１１から紫外線硬化型樹脂１０を剥離すると、マイクロレンズ１２が完成する（ｄ）。
【実施例】
【００２９】
図１に示すような工程により、レジストを用いたマイクロレンズの製造を行った。
（１）ガラス基板にスピンナを用いてポジ型レジストを塗布後、ソフトベイクを行った。この工程を２回繰り返しレジスト厚を８７．５μｍとした。
（２）グレースケールマスクを用いて露光を行った。露光量は目的とするＳＡＧ量を得るための総露光量の半分とし、ただしレジストに発泡が起きない範囲とした。その後、露光後現像液の中に露光された基板を入れ、現像を行った。現像されたレジストは紫外線があたらないように保管した。
（３）再び、グレースケールマスクを用いて露光を行った。露光量は目的とするＳＡＧ量を得るための総露光量の半分とし、ただしレジストに発泡が起きない範囲とした。その後、露光後現像液の中に露光された基板を入れ、現像を行った。
【００３０】
図３に、第１回目の露光と現像後にサンプルとして取り出したものと、第２回目までの露光と現像を行ったものの、露光量（１回当たり）とＳＡＧ量の関係を示す。いずれの露光も、レジストの発泡現象が発生しない14000ｍｓ以下の露光時間で行われている。これによると、露光と現像を２回に分けて行った場合、８０μｍに近いＳＡＧ量が得られている。図５に示すように、１回の露光では、発泡現象のためにＳＡＧ量の最大値が６０μｍに制限されるのに対して、大きなＳＡＧ量を得ることができる。
【００３１】
１回だけ露光・現像を行った場合と２回に分けて露光・現像を行った婆合いのレジストのγ特性の変化を調査した。その結果を図４に示す。図４において、細線が１回だけの露光・現像におけるのγ特性、太線が２回に分けて露光・現像を行った婆合いのγ特性を示す。図から分かるように、２回に分けて行った方が１回だけの場合よりも膜べり量が大きく、かつ、γ特性の傾きが大きい。これは、第２回目の露光においては、特に第１回目の露光・現像で膜べりが大きかった部分でレジストの厚さが薄くなっているため、紫外線の通過距離が短くなり、途中減衰することなく有効に働くため、２回に分けて露光・現像を行えば、総合的なγ特性が大きくなるためと推定される。この性質を利用すれば、小さなグレー度の変化で大きな膜べりを発生させることができ、ＳＡＧ量を大きくするのに効果がある。
【００３２】
以上の実施の形態の説明においては、マイクロレンズやその型の製造方法を例として説明したが、本発明は、このような応用範囲に限られるものではなく、例えば２値化された凹凸パターンの形成等、あらゆる凹凸パターンを形成する際に、その段差（最高値と最低値の差）を、１回の露光・現像で形成可能な範囲よりも大きくするために有効である。なお、２回目以降に使用するグレースケールマスクは、第１回目と別のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるマイクロレンズ（段差の大きなレジストパターン、このレジストパターンを使用した基板表面パターン）、マイクロレンズ用型、型母材の製造方法の概要を説明するための図である。
【図２】図１の（ｅ）の形状を有するもの、又は（ｆ）の形状を有するものを、マイクロレンズとして使用せず、マイクロレンズ用の型、又は母型材として使用する工程の例を示す図である。
【図３】第１回目の露光と現像後にサンプルとして取り出したものと、第２回目までの露光と現像を行ったものの、露光量（１回当たり）とＳＡＧ量の関係を示す図である。
【図４】１回だけの露光・現像を行った場合と２回に分けて露光・現像を行った場合におけるレジストのγ特性の変化を示す図である
【図５】ポジ型フォトレジストを８８μｍの厚さに塗布し、グレースケールマスクのグレー度の最低値と、最高値を最適な値に設定して露光し、現像を行ってマイクロレンズを製造した場合のＳＡＧ量とトップの膜べり量との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…基板、２…レジスト、３…グレースケールマスク、４…グレースケールマスク、５…型、６…紫外線硬化型樹脂、７…定盤、８…マイクロレンズ、９…型、１０…紫外線硬化型樹脂、１１…定盤、１２…マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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